JP3629952B2

JP3629952B2 - シクロヘキサンジメタノールの製造方法

Info

Publication number: JP3629952B2
Application number: JP16337798A
Authority: JP
Inventors: 泰一郎岩村; 安久吉田; 伊藤　　博; 幹郎中澤
Original assignee: New Japan Chemical Co Ltd
Current assignee: New Japan Chemical Co Ltd
Priority date: 1998-06-11
Filing date: 1998-06-11
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2018-06-11
Also published as: JP2000001447A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シクロヘキサンジメタノール（以下「ＣＨＤＭ」と略記する）の製造方法に関する。ＣＨＤＭは、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂及びポリカーボネート樹脂等のジオール成分として適用することにより、これらの樹脂の耐熱性、透明性、耐候性及び成形性の向上等に有効である。特に近年ＰＥＴの改質に有用な化合物として注目されている。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＨＤＭの製造方法としては、フタル酸ジアルキルエステルを出発原料として、第１段階目に芳香環の核水素化を行いシクロヘキサンジカルボン酸ジアルキルエステルとする工程（以下、「前段反応」という）、次いでエステル部分の水素化によるアルコールへの水素化還元する工程（以下、「後段反応」という）の２工程により製造される方法が一般的である。
【０００３】
ＣＨＤＭ製造時の後段反応の触媒に銅−亜鉛系成型触媒を用いる技術は従来から知られており、例えば、特開平１０−４５６４５号では、前段反応により得た１，４−シクロヘキサンジカルボン酸ジアルキルを銅−亜鉛−アルミナ成型触媒の存在下、１６０〜３００℃、５０〜３００ｋｇ／ｃｍ^２Ｇの条件下で水素化反応を行い１，４−ＣＨＤＭを製造している。
【０００４】
又、アルミニウム、マグネシウム、ジルコニウム、あるいはそれらの混合物の酸化物を第三成分として含む銅−亜鉛系成型触媒を用いて、１５０〜３５０℃、２０４ｂａｒ以下の条件下で１，４−シクロヘキサンジカルボン酸ジアルキルの水素化反応を行い、１，４−ＣＨＤＭを得る方法も開示されている（米国特許第５３３４７７９号）。
【０００５】
しかしながら、上記方法では、使用される銅−亜鉛系成型触媒の圧壊強度の保持率が非常に低く、触媒活性の持続性も悪いために触媒寿命が短い等の欠点がある。従って、反応装置から使用済み触媒を抜き出したり、新触媒を充填したりする非定常操作が短期間で必要となるため、ＣＨＤＭの生産性が低下し、工業的に不利である。
【０００６】
一方、銅−亜鉛系触媒以外では銅−クロム系成型触媒を用いてジカルボン酸エステルを相当するジオール（ＣＨＤＭを含む）に水素化還元する技術も知られている（米国特許第５０３０７７１号実施例４）。銅−クロム系触媒を用いるエステル水素化還元反応では、触媒が高活性であり、且つ活性の持続性が良好といわれているが、毒性の高いクロムを含有しており、使用後の廃棄物処理の点で問題となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、銅−亜鉛系触媒の耐久性を向上させることにより、生産性に優れ、しかも環境面においても安全で、工業的に実用性のあるＣＨＤＭの製造プロセスを確立することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、シクロヘキサンジカルボン酸ジアルキルを水素化し、シクロヘキサンジメタノールを製造するに際し、触媒として銅−亜鉛−シリカ成型触媒を選択することにより、従来の銅−亜鉛系触媒或いは銅−亜鉛−アルミナ成型触媒と比して触媒の強度及び活性保持を飛躍的に改善できることを見い出し、更に、水素化の際の副生成物の抑制にも効果があることを見いだし、かかる知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明に係るＣＨＤＭの製造方法は、シクロヘキサンジカルボン酸ジアルキルを水素化してシクロヘキサンジメタノールを得るに際し、水素化を銅−亜鉛−シリカ成型触媒の存在下で行うことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる反応装置としては、固定床連続反応装置であり、単管式の反応塔であっても良いし、更には複数の反応塔を並列にセットした多管式の反応塔であっても良い。
【００１１】
本発明で原料として用いるシクロヘキサンジカルボン酸ジアルキルは、通常、フタル酸ジアルキルの核水素化により得られるが、その製法としては特に限定されず、いずれの製法で調製したものでも本発明の原料として利用可能である。そのような製造方法としては、例えば、特開昭５４−１６３５５４号、特開平６−１９２１４６号、特開平７−１４９６９４号、特開平８−１８７４３２号、特開平１０−４５６４５号、ＷＯ９４２９２６１号、ＷＯ９８００３８３号、米国特許第３３３４１４９号、米国特許第５３１９１２９号、米国特許第５２８６８９８号、米国特許第５３９９７４２号等が知られている。
【００１２】
例えば、ＷＯ９８００３８３号の方法では、反応温度１２０〜１８０℃、圧力３０〜１００ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ、ルテニウム／アルミナ触媒存在下、芳香族ジカルボン酸ジアルキルの濃度を３０重量％以上に調製した溶液を原料とし、送液速度Ｆ／Ｖ＝０．１〜５ｈ^−１（Ｆは基質の供給速度を表し、Ｖは反応装置の容量を表す）、及び水素の供給速度は空塔ガス線速度として１〜４０ｃｍ／ｓの範囲で水素化を行うことによりシクロヘキサンジカルボン酸ジアルキルを得ている。
【００１３】
本発明で用いる水素化触媒としては、銅−亜鉛−シリカ成型触媒であり、その成分としては、酸化銅１００重量部に対し、酸化亜鉛５重量部〜１０００重量部、シリカ０．５重量部〜５００重量部が例示され、好ましくは酸化亜鉛１０〜８００重量部、及びシリカ１〜３００重量部である。酸化亜鉛が、５重量部未満又は１０００重量部を越えると触媒強度、及び活性が低下し、しかも副生物の生成が多くなる。また、シリカが０．５重量部未満では触媒強度が低下する傾向にあり、５００重量部を越えると触媒活性が低下する傾向にあり、しかも副生物が多くなりやすい。
【００１４】
更に、触媒強度保持のために各種バインダーを添加して成型処理したものでも良い。用いられるバインダーとしては、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ベントナイト、ゼオライト、グラファイト、モレキュラーシーブス等が例示される。
【００１５】
触媒の調製方法としては、銅及び亜鉛の金属塩（例えば、硫酸塩、硝酸塩、塩酸塩等）水溶液を調製し、これにケイ酸塩（例えば、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸カリウム等）水溶液を混ぜて懸濁液を得る。もしくは、ケイ素のアルコキシド化合物（例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等）やハロゲン化合物（例えば、テトラクロロシラン、テトラブロモシラン等）の溶液を加水分解して得たケイ素の水酸化物液に、前記銅及び亜鉛の金属塩水溶液を混ぜて懸濁液を得る。これらどちらかの方法で調製した懸濁液に、さらに沈殿剤として、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ水溶液を加える。そこで生成した沈殿を濾過、水洗浄、乾燥し、焼成する。このようにして得られた粉末を、タブレットマシンにより打錠成型して、固定床用触媒とする。
【００１６】
一方、反応スタート時の急激な発熱を制御させたり、触媒活性を効果的に発現させたりするためには、銅−亜鉛−シリカ成型触媒に対し、予備還元処理を常法に従って施すことが有効である。
【００１７】
本発明で用いる銅−亜鉛−シリカ成型触媒の表面積としては１０ｍ^２／ｇ〜２００ｍ^２／ｇが例示され、好ましくは２０ｍ^２／ｇ〜１００ｍ^２／ｇである。１０ｍ^２／ｇ未満では反応速度が遅く、２００ｍ^２／ｇを越えると反応速度の促進効果少なくなり、圧壊強度も低く、しかも反応中における強度の保持率が低下しやすい。
【００１８】
銅−亜鉛−シリカ成型触媒の形状は、特に限定されないが、工業的に入手が容易な円筒状のものが推奨される。またサイズは、使用する反応塔の内径により決定されるが、円筒状で直径２〜６ｍｍ、高さ２〜６ｍｍの範囲のものが好ましい。
【００１９】
水素化の反応条件は、原料となるシクロヘキサンジカルボン酸ジアルキルの種類によって適宜選択し得るが、一般的には次のような条件が提示できる。
【００２０】
反応温度としては、２００〜２８０℃の範囲が例示され、特に２３０〜２６０℃の範囲が好ましい。２００℃未満では反応速度が遅く、２８０℃を越えると副生物が生成し、いずれの場合も実用性に欠ける。
【００２１】
反応圧力としては、１６０〜３００ｋｇ／ｃｍ^２Ｇの範囲が例示され、特に２００〜２５０ｋｇ／ｃｍ^２Ｇの範囲が好ましい。１６０ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ未満では反応速度が遅く、３００ｋｇ／ｍ^２Ｇを越えても反応速度は上がらず、設備の面でも経済的ではない。
【００２２】
具体的なシクロヘキサンジカルボン酸ジアルキルとしては、１，２−シクロヘキサンジカルボン酸ジメチル、１，２−シクロヘキサンジカルボン酸ジエチル、１，２−シクロヘキサンジカルボン酸ジプロピル、１，３−シクロヘキサンジカルボン酸ジメチル、１，３−シクロヘキサンジカルボン酸ジエチル、１，３−シクロヘキサンジカルボン酸ジプロピル、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸ジメチル、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸ジエチル及び１，４−シクロヘキサンジカルボン酸ジプロピル等が例示される。
【００２３】
反応溶媒は、通常必要としないが、原料となるシクロヘキサンジカルボン酸ジアルキルの融点が高く、取り扱いが困難な場合や、反応熱の除去を容易にする場合には、アルコール類を併用しても良い。
【００２４】
アルコール類としては、炭素数１〜８の直鎖状、分岐鎖状及び環状アルコールが例示でき、具体的には、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、オクタノール、２−エチルヘキサノール等が例示される。特に、後段反応の原料がシクロヘキサンジカルボン酸ジメチルである場合には、反応溶媒としてメタノールが好ましい。
【００２５】
更に、水素化反応の生成物であるシクロヘキサンジメタノール或いは高沸点物を含むシクロヘキサンジメタノール粗物を反応溶媒として用いても差し支えない。
【００２６】
反応溶媒の使用量は、適宜選択され、系中のシクロヘキサンジカルボン酸ジアルキルの濃度としては５〜８０重量％の範囲が推奨され、特に１０〜５０重量％の範囲になるように調製されるのが好ましい。５重量％未満では生産性が向上されず、８０重量％以上では融点がそれほど下がらず、いずれの場合も反応溶媒を使用する効果がない。
【００２７】
後段反応に関する固定床水素化反応の形態としては、前記成型触媒を充填した固定床反応装置の上部、または下部から水素ガスとともに原料を供給する流下法、または上昇法のいずれの方式でも良い。
【００２８】
原料のシクロヘキサンジカルボン酸ジアルキルの送液速度（Ｆ／Ｖ）としては、０．１〜５．０ｈ^−１の範囲が推奨され、特に０．１〜２．０ｈ^−１の範囲が好ましい。
【００２９】
また水素の供給速度としては、反応条件下での空塔ガス線速度で１〜４０ｃｍ／ｓの範囲が推奨され、特に、２〜２０ｃｍ／ｓの範囲が好ましい。
【００３０】
かくして得られるＣＨＤＭは、蒸留など従来公知の方法により精製することも可能である。
【００３１】
【実施例】
以下に、実施例を掲げて本発明を詳しく説明する。尚、各例における表面積は、ＢＥＴ法により測定した。また、触媒横方向の圧壊強度は、（株）木屋製作所製デジタル硬度計（ＫＨＴ−２０型）を用いて測定した。
【００３２】
製造例１
内径２０ｍｍ、塔長１ｍの固定床反応装置（０．３１４Ｌ）に、円筒状（３．２ｍｍφ×３．２ｍｍ）の０．５％ルテニウム／アルミナ担持触媒３６０ｇを充填した。この装置にテレフタル酸ジメチル３０重量％、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸ジメチル７０重量％に調製した溶液を、温度１６０℃、圧力５０ｋｇ／ｃｍ^２Ｇの反応条件下、５００ｍＬ／ｈ（Ｆ／Ｖ＝０．４８ｈ^−１）の送液速度で、反応塔の上部から水素ガス１．４Ｎｍ^３／ｈ（空筒ガス線速度４ｃｍ／ｓ）とともに供給し、核水素化反応を連続的に行った。この固定床連続核水素化反応で１０時間後に得られる反応粗液の組成をガスクロマトグラフィーにより測定した。得られた結果を以下に示す。
【００３３】
１，４−シクロヘキサンジカルボン酸ジメチル９４．５重量％
低沸点物２．４
４−ヒドロキシメチルシクロヘキサンカルボン酸メチル２．７
テレフタル酸ジメチル０．４
【００３４】
［予備還元処理］製造例１と同一反応装置に、円筒状（３．２ｍｍφ×３．２ｍｍ）の銅−亜鉛−シリカ成型触媒（酸化銅３９重量％、酸化亜鉛４９重量％、シリカ１２重量％、表面積３６．６ｍ^２／ｇ）４９９ｇを充填し、温度１００〜２００℃、常圧〜１００ｋｇ／ｃｍ^２Ｇ、及び水素濃度１〜１００％の条件下、予備還元処理を行った。
【００３５】
実施例１
前記予備還元処理後、製造例１で得られた反応粗液を、温度２４５℃、圧力２０５ｋｇ／ｃｍ^２Ｇの反応条件下、３４５ｍＬ／ｈ（Ｆ／Ｖ＝１．１０ｈ^−１）の送液速度で、反応塔の上部から水素ガス７．３Ｎｍ^３／ｈ（空筒ガス線速度６ｃｍ／ｓ）とともに供給し、水素化反応を連続的に行った。
【００３６】
この固定床連続水素化反応で１０時間後、１．５ヶ月後、及び３ヶ月後に得られる原料、副生成物であるヒドロキシメチルシクロヘキサンカルボン酸メチル、ＣＨＤＭ、低沸点物、高沸点物の組成をガスクロマトグラフィーにより測定した。更に、使用した銅−亜鉛−シリカ成型触媒強度の経時変化も併せて測定した。得られた結果を第１表に示す。
【００３７】
実施例２
製造例１で得られた反応粗液の送液速度４４０ｍＬ／ｈ（Ｆ／Ｖ＝１．４ｈ^−１）、反応温度２６５℃、水素ガス７．１Ｎｍ^３／ｈ（空筒ガス線速度６ｃｍ／ｓ）、及び円筒状（３．２ｍｍφ×３．２ｍｍ）の銅−亜鉛−シリカ成型触媒（酸化銅４３重量％、酸化亜鉛５３重量％、シリカ４重量％、表面積５９．７ｍ^２／ｇ）４８４ｇを充填した以外は実施例１の後段反応と同様に水素化反応を連続的に行った。得られた結果を第１表に示す。
【００３８】
製造例２
［前段反応］円筒状（３．２ｍｍφ×３．２ｍｍ）０．５％ルテニウム／アルミナ担持触媒３７８ｇを用い、原料として、イソフタル酸ジメチル５０重量％、１，３−シクロヘキサンジカルボン酸ジメチル５０重量％からなる溶液を用いた以外は製造例１と同様に核水素反応を行った。この固定床連続核水素化反応で１０時間後に得られた反応粗物の組成をガスクロマトグラフィーにより測定した。得られた結果を以下に示す。
【００３９】
１，３−シクロヘキサンジカルボン酸ジメチル９５．９重量％
低沸点物１．７
３−ヒドロキシメチルシクロヘキサンカルボン酸メチル２．１
イソフタル酸ジメチル０．３
【００４０】
実施例３
円筒状（３．２ｍｍφ×３．２ｍｍ）の銅−亜鉛−シリカ成型触媒（酸化銅４１重量％、酸化亜鉛５１重量％、シリカ８重量％、表面積５７．３ｍ^２／ｇ）４５４ｇを充填し、製造例２で得られた反応粗液の送液速度を３７０ｍＬ／ｈ（Ｆ／Ｖ＝１．１８ｈ^−１）とした以外は、実施例１と同様に水素化反応を連続的に行った。得られた結果を第１表に示す。
【００４１】
実施例４
円筒状（３．２ｍｍφ×３．２ｍｍ）の銅−亜鉛−シリカ成型触媒（酸化銅３０重量％、酸化亜鉛３５重量％、シリカ３５重量％、表面積２７．０ｍ^２／ｇ）５０７ｇを充填した以外は、実施例１と同様に水素化反応を連続的に行った。得られた結果を第１表に示す。
【００４２】
比較例１
円筒状（３．２ｍｍφ×３．２ｍｍ）の銅−亜鉛−アルミナ成型触媒（酸化銅４７重量％、酸化亜鉛５０重量％、アルミナ３重量％、表面積６０．０ｍ^２／ｇ）４５５ｇを充填した以外は、実施例１と同様に水素化反応を連続的に行った。得られた結果を第２表に示す。
【００４３】
比較例２
円筒状（３．２ｍｍφ×３．２ｍｍ）の銅−亜鉛−ジルコニア成型触媒（酸化銅４１重量％、酸化亜鉛４４重量％、ジルコニア１５重量％、表面積２６．３ｍ^２／ｇ）５０７ｇを充填した以外は、実施例１と同様に水素化反応を連続的に行った。得られた結果を第２表に示す。
【００４４】

【００４５】

【００４６】
実施例１〜４及び比較例１、２を比較すると、本発明の触媒を用いることによって、高い活性が長期間維持でき、未反応のシクロヘキサンジカルボン酸ジアルキルやヒドロキシメチルシクロヘキサンカルボン酸メチルの副生を抑えることが可能となり、又、高沸点物の生成量を抑えることが可能となった。更に、３ヶ月使用後の触媒の圧壊強度もアルミナ（比較例１）やジルコニア（比較例２）を用いた銅−亜鉛成型触媒と比して強い。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の方法を適用することにより、シクロヘキサンジカルボン酸ジアルキルの水素化反応に用いる銅−亜鉛系成型触媒の耐久性が大幅に改善され、且つ環境面でも安全な触媒を用いて実施することができ、目的とするシクロヘキサンジメタノールを収率良く、しかも高い生産性で工業的に製造することができる。

Claims

固定床連続水素化反応において、銅−亜鉛−シリカ成型触媒の存在下、シクロヘキサンジカルボン酸ジアルキルを水素化してシクロヘキサンジメタノールを得るに際し、該触媒の表面積が１０ｍ ^２／ｇ〜２００ｍ ^２／ｇであるシクロヘキサンジメタノールの製造方法。
上記触媒の組成が、酸化銅１００重量部に対し酸化亜鉛１０〜８００重量部、シリカ１〜３００重量部である請求項１に記載のシクロヘキサンジメタノールの製造方法。
上記触媒の表面積が、２０ｍ ^２／ｇ〜１００ｍ ^２／ｇである請求項１又は請求項２に記載のシクロヘキサンジメタノールの製造方法。